1 
Исследователи из Университета Восточной Англии в Великобритании совместно с учеными из Южной Африки обнаружили необычное свойство света. Оказалось, что правильно сформированный световой луч может приобретать участки с вращательными свойствами при распространении в свободном пространстве. Для этого не нужно пропускать его через специально разработанные материалы, зеркала или сложные оптические системы. Об этом пишет Sciencedaily.
Как свет может вращаться без специальных устройств?
Результаты исследования были опубликованы 13 октября 2026 года. Открытие демонстрирует, что поведение света можно контролировать не только с помощью внешних оптических компонентов, но и за счет внутренней геометрии самого луча.
Наша работа показывает, что свет может естественным образом приобретать такое свойство, связанное с направлением вращения. Нужно лишь правильно его подготовить, – пояснил доктор Кейн Форбс из Школы химии, фармации и фармакологии Университета Восточной Англии.
На первый взгляд может показаться, что свет просто движется прямолинейно. Однако физики умеют создавать структурированный свет, в котором заранее определяют распределение яркости, форму волн и направление их колебаний.
Одним из примеров является оптический вихрь – световая волна, которая закручивается вокруг направления распространения, напоминая штопор. Каждый такой виток может нести информацию, что делает подобные структуры перспективными для высокоскоростной передачи данных, защищенной связи и оптических датчиков.
Новое исследование показывает, что правильно сформированная структура света может также определять, где во время движения будут возникать участки с разными направлениями вращения.
Что такое хиральность и почему она важна для физики?
Одним из ключевых понятий в исследовании стала хиральность. Так называют свойство объекта, который невозможно совместить с его зеркальным отражением с помощью обычного поворота.
Самый простой пример – человеческие руки. Левая и правая руки являются зеркальными отражениями друг друга, но их невозможно полностью совместить в пространстве. Подобное свойство присуще многим молекулам, в частности тем, которые используются в фармацевтике.
Две версии одной молекулы могут иметь почти одинаковый химический состав, но по-разному взаимодействовать с организмом. Поэтому определение хиральности имеет важное значение для разработки лекарств, исследования биологических процессов и проверки безопасности фармацевтических препаратов.
Свет также может обладать лево- или правосторонними вращательными характеристиками. В частности, его поляризация описывает направление колебаний электрического поля, а определенные поляризационные структуры связаны с вращательными свойствами световой волны.
Ранее для создания и контроля таких характеристик часто использовали специальные материалы, тщательно спроектированные поверхности или оптические системы, которые сильно фокусируют луч. Взаимодействия, лежащие в основе нового эффекта, считались слишком слабыми для простого обнаружения без специальных экспериментальных условий.
Однако команда исследователей продемонстрировала, что при определенной конфигурации луча подобное поведение может возникать самопроизвольно в процессе его распространения.
Как ученые обнаружили скрытое вращение света?
Ключевой эксперимент провел магистрант Лайт Мхумбуза. Он исследовал луч, который вначале не имел суммарного вращения соответствующего типа, но в ходе распространения в нем начали формироваться отдельные участки с вращательными свойствами.
"Сначала он вообще не имеет вращения. Но по мере продвижения вперед появляются вращающиеся участки, которые отделяются друг от друга – словно вращение было скрыто, а затем проявилось", – пояснил Мхумбуза.
Важно, что исследователи не создавали этот эффект с помощью дополнительного оптического устройства. Вместо этого они показали, как исходная внутренняя структура светового луча влияет на появление вращающихся участков в процессе движения.
Чтобы объяснить механизм, ученые обратились к топологии – разделу математики, изучающему свойства объектов, которые остаются неизменными при непрерывном растяжении или деформации. Доктор Айзек Нейп из Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге предложил наглядную аналогию.
"Представьте себе чашку и пончик. Один предмет можно превратить в другой без разрыва, поскольку у обоих по одному отверстию. Это отверстие и является топологическим свойством", – пояснил ученый.
В структурированном свете также существуют топологические характеристики, закодированные в распределении поляризации. Их можно сравнить с математическим отпечатком, который определяет, как отдельные участки луча будут изменяться при распространении.
Именно эта геометрическая структура влияет на то, где будут возникать левосторонние и правосторонние вращательные участки. Если изменить исходную конфигурацию луча, можно управлять проявлением этих свойств.
"Это дает нам совершенно новый параметр для настройки света. Изменяя его топологию, мы можем определять, как и где будет возникать хиральность", – отметил Нейп.
Как это открытие может повлиять на медицину и связь?
Новый способ управления светом потенциально позволит упростить некоторые оптические технологии, сделать их более чувствительными и снизить стоимость оборудования. В то же время большинство практических применений еще требует дальнейших исследований и разработок.
Одно из перспективных направлений – медицинская диагностика и фармацевтика. Поскольку многие биологически важные молекулы существуют в лево- и правосторонних формах, структурированный свет может помочь точнее различать их. В будущем это может оказаться полезным при проверке безопасности лекарств, анализе химических соединений и выявлении биологических маркеров заболеваний.
Еще одно направление – создание более компактных оптических датчиков. Такие устройства потенциально смогут обнаруживать определенные химические вещества или биологические соединения без использования большого и дорогого лабораторного оборудования.
Перспективы есть и в сфере передачи данных. Если кодировать информацию в различных пространственных, вращательных и поляризационных структурах света, можно будет передавать больше данных с помощью одного луча. Это может способствовать развитию высокоскоростных оптических сетей и будущих квантовых коммуникаций.
Исследователи также рассматривают возможность использования таких принципов для управления микроскопическими частицами, клетками и молекулами с помощью света. Отдельное направление связано с квантовыми технологиями. Топологические свойства в определенных системах могут помогать защищать квантовую информацию от некоторых видов шума и помех. Однако само по себе открытие еще не означает, что уже создана готовая система квантовой связи или устройство для медицинской диагностики.
"Это исследование может проложить путь к новому поколению световых технологий, показав, что поведением света можно управлять с помощью его собственной внутренней геометрии", – подчеркнул Форбс.